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Junio de 2019 Página 2 de 3

Herramientas de corte hechas por manufactura aditiva

Dr.-Ing. Miguel Garzón

La manufactura aditiva de metales está logrando explotar su capacidad para generar diseños optimizados fuera de los estándares conocidos por el diseño tradicional.

 

La optimización estructural es una forma matemática de reproducir el proceso evolutivo de la natural
OPTIMIZACIÓN ESTRUCTURAL
La optimización estructural específica, dependiendo de cada aplicación, se vuelve posible gracias a la aplicación cada vez más difundida entre los diseñadores de partes de algoritmos de optimización topológica.

Con esta se coloca material únicamente donde se hace necesario y se reduce donde ésta no tiene aplicación mecánica o térmica. En un ejemplo sencillo, es una forma matemática de reproducir el proceso evolutivo de la naturaleza al reducir masa inteligentemente al generar poros en los huesos de los animales para hacerlos ligeros y resistentes sólamente en los puntos donde más se necesita. La “impresión 3D” hoy en día permite fabricar este tipo de estructuras, lo cual era imposible con métodos tradicionales.

Manufactura aditiva para herramientas de corte 

En el caso específico de herramientas de corte es benéfico tener una masa lo más baja posible para reducir las vibraciones durante el mecanizado. Una reducción de la masa rotativa, reduce también el consumo energético del proceso y permite que los procesos tengan mucha mejor respuesta dinámica, acelerando y frenando en menos tiempo, para un mismo consumo de potencia.

La libertad de fabricación de geometrías complejas, que no hubiesen sido posibles de fabricar por métodos tradicionales de corte, permite lograr formas optimizadas para HSC (Mecanizado de alta velocidad, por su abreviatura en inglés) con mayor número de fi los de corte para mejorar la productividad.

Esta capacidad de fabricación hace también que se puedan hacer canales de enfriamiento en la herramienta para que se acomoden a cada proceso de manufactura específico, pasando por lugares intrincados y saliendo por el lugar exacto, reduciendo el desgaste y permitiendo mayores velocidades y extrayendo mejor la viruta. Otra ventaja es la posibilidad de diseñar piezas en un solo cuerpo, que antes debían ensamblarse a partir de varias partes. En muchos casos, este proceso de soldadura o de ensamble es el cuello de botella del producto, bien sea por desempeño mecánico o incluso por disponibilidad de mano de obra califi cada. Un beneficio adicional es la capacidad de generar herramientas especiales en menor cantidad de tiempo. A continuación se presentan aplicaciones reales de la industria de las herramientas de corte que aprovechan los beneficios de la manufactura aditiva.

Ejemplos de aplicaciones actuales en la industria 

Uno de los desarrollos más recientes que utiliza la manufactura aditiva para la generación de herramientas de corte fue presentado por la firma Sandvik Coromant. Se trata de una nueva versión del modelo CoroMill 390, en la cual se redujo material utilizando optimización topológica para minimizar masa obteniendo un diseño óptimo para la fresa. La compañía utilizó una aleación de titanio para lograr una excelente relación entre peso y resistencia mecánica. Según Magnus Engdahl, gerente de Aplicación de Productos de Sandvik Coromant, “además del peso, una distancia más corta entre el amortiguador en el adaptador y el fi lo de corte mejora el desempeño y la seguridad del proceso”.

Esta última es crucial en aplicaciones como el fresado profundo, debido a que este se utiliza para fabricar piezas para industrias como la aeroespacial o la del gas y petróleo. Aquí, la generación de cavidades profundas con herramientas convencionales puede estar comprometida por la vibración, haciendo que la producción se deba hacer más lentamente, además de hacer que se tenga una menor vida de herramienta y un mal acabado superficial.

En un ejemplo mostrado por la compañía sueca se demostró que para una operación de fresado de cara a 20 m/min, utilizando una fresa fabricada por manufactura aditiva, con menor peso y menor distancia al punto de apoyo que una fresa de fabricación mecanizada tradicional, se logró un incremento de profundidad de corte pasando de 1 a 1.5 mm y elevando la productividad del proceso en un 50 %. Una de las mayores ventajas de la manufactura aditiva para herramientas de corte es el diseño de canales de suministro de fluido de corte. Uno de los fabricantes que destaca sus productos es Arno Werkzeuge de Alemania. Durante la última feria AMB a finales de 2018, mostró su sistema de corte radial (ranurado) con enfriamiento integrado que mejora la durabilidad de las herramientas y reduce el tiempo de mecanizado para la producción en serie.

Sobresalen los módulos más pequeños, que caben perfectamente en máquinas multihusillo, para los cuales hasta ahora no era posible producirlos canales de enfriamiento. El pequeño espesor hacían técnica y económicamente imposible generar un segundo canal de enfriamiento por taladrado o electroerosión. Por medio del proceso aditivo, Arno logró generar una cadena de proceso con la cual es capaz de ofrecer estos sistemas en stock permanente. El proceso patentado se denomina ACS y se basa en enfriar la placa de ranurado directamente en la zona de corte por debajo de la viruta ayudando a su extracción y removiendo de la manera más efi ciente el calor, reduciendo el desgaste y aumentando la durabilidad de la herramienta. Un segundo canal de enfriamiento irriga la superficie libre desde abajo, mejorando aún más la velocidad y la durabilidad de la herramienta.


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Acerca del autor

Dr.-Ing. Miguel Garzón

Dr.-Ing. Miguel Garzón

Director de Contenido de Metalmecánica Internacional
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